3D скенер със собствените си ръце: подробности и технология. Домашен 3d скенер

Ако искате да направите 3D скенер със собствените си ръце, първото нещо, което трябва да направите, е да намерите уеб камера. Ако разполагате с такъв, цената на целия проект ще струва 40-50 долара. Настолното 3D сканиране направи голям скок през последните години, но все още има големи ограничения. Хардуерът на технологията се основава на определен обем и разделителна способност на сканиране. Можете да получите добри резултати само ако обектът ви отговаря на изискванията и разделителната способност на изследването.

Как работи обемното изобразяване

Фотограметрията използва набор от обикновени двуизмерни снимки, направени от всички страни около обекта. Ако дадена точка от обект може да се види на поне три снимки, местоположението ѝ може да се триангулира и да се измери в три измерения. Като определя и изчислява местоположението на хиляди или дори милиони точки, софтуерът може да създава изключително точни репродукции.

За разлика от хардуерния скенер този процес няма ограничения по отношение на размера или резолюцията. Ако можете да направите снимка на обекта, можете да го сканирате:

• Ограничаващият фактор при фотограметрията е качеството на снимката и следователно уменията на фотографа.
• Снимките трябва да са ясно видими и с остър фокус.
• Освен това те трябва да бъдат разположени около обекта, така че да покриват всяка негова част.

Без 3D скенер можете да правите само триизмерни изображения на големи обекти. Малки обекти не могат да бъдат сканирани. За да научите повече ясно е, Да разгледаме концепцията за фотограметрия.

Какво представлява фотограметрията и как тя влияе върху изобразяването на обекти?

Фотограметрията е наука за получаване на измервания от снимки, особено за възстановяване на точното положение на точки от повърхността. Той може да се използва и за реконструиране на траекториите на маркирани референтни точки върху всеки движещ се обект, неговите компоненти и в непосредствена близост до околната среда.

Накратко, тя ви позволява да създадете триизмерна мрежа от множество снимки, като сравнявате сходствата между изображенията и ги триангулирате в три измерения.

Фотограметрията съществува от известно време, но едва след като Autodesk се включи в бета-програмата си Memento, нещата започнаха да работят стабилно. Memento беше преименуван на ReMake, когато излезе от бета-фазата. Звучи като магия, нали?? Е, това не е магия, а реалност. Вече всеки може да прави 3D сканиране, без да харчи стотици за скенер. Дори наличните 3D скенери с отворен код изискват доста познания, за да работят правилно. С фотограметрията всеки може да получи това, което иска.

Грамофонът - втората стъпка в създаването на скенер

Всичко, от което се нуждаете, за да създадете свой собствен 3D скенер, е смартфон, включените в комплекта слушалки и грамофон. Ето как работи: въртите манивелата и при всяко пълно завъртане на грамофона камерата на телефона се задейства 50 пъти от силата на звука на слушалките.

Просто! Прехвърлете снимките на компютъра си, след което използвайте Autodesk ReMake, за да направите чудеса. Изненадващо е, че той не само създава мрежа, но и предоставя инструменти за коригиране на мрежата, поправяне на дупки, подравняване, подготовка за 3D принтиране или използване като 3D ресурс за игри или визуализация!

Е, като се има предвид, че Apple е премахнала жака за слушалки за iPhone 7 и нагоре, ще се използва актуализирана версия на създаването на скенер. Въз основа на принципа за задействане на Bluetooth камера. Това замества необходимостта от жак за слушалки.

• Висококачественото фотограметрично сканиране изисква висококачествени снимки на обекта от всички страни.
• Най-лесният подход за сканиране на малки предмети е да завъртите обекта, докато правите снимката.
• Скенерът използва стъпков двигател, управляван от платката Arduino.
• Стъпковият механизъм завърта обекта с фиксирано количество и след това инфрачервеният светодиод изгасва в адски сложна серия от светкавици, които имитират безжично дистанционно управление на фотоапарат.

LCD екран с набор от бутони позволява на потребителя да управлява Arduino. С помощта на бутоните потребителят може да избере броя на снимките, които да бъдат направени за едно завъртане. Самоделният висококачествен 3D скенер може да работи в автоматичен режим, при който прави снимка, придвижва стъпков мотор и повтаря това, докато завърши едно пълно завъртане.

Има и ръчен режим, при което всяко натискане на бутона прави снимка, премества стъпковото копче и изчаква. Това е полезно за сканиране на детайли. 3D скенерът се фокусира върху рамката, която рамкира изображението.

Допълнителен софтуер

Когато софтуерът за фотограметрия открие даден елемент на снимка, той се опитва да намери този елемент в други изображения и записва местоположението му във всички изображения, които се появяват.

1. Ако обектът е част от въртящ се обект, получаваме добри данни.
2. Ако откритият елемент се намира на заден план и не се движи, докато се сканира останалата част от обекта, той може да предизвика смущение в пространствено-времевия континуум, поне що се отнася до вашия софтуер.

Има две решения:

• Една от тях е да се движи камерата около обекта, така че фонът да остане синхронизиран с движението. Това е добре за големи обекти, но е много по-трудно да се автоматизира процесът.
• По-простото решение е да оставите фона без никакви специални функции. Това е по-лесно да се направи за малки обекти. Добавете подходящото осветление и сте на път да създадете безименен фон.

Друг съвет е да преекспонирате изображенията си с един или два стопа. Това ви позволява да уловите повече детайли в сянката на обекта, като същевременно отделяте фона, така че всички останали фонови обекти да изчезнат в искрящо бяло.

• "Arduino". Той има контакти, които не са покрити от LCD екрана, което улеснява свързването му.
• SainSmart 1602 LCD Shield, който има дисплей и няколко бутона за управление на скенера.
• Драйвер за стъпков двигател (Easy Driver).

Стъпков двигател NEMA 17 ще завърти сканирания обект. С голям стъпков двигател (с подходящ драйвер и захранване) този ръчно изработен висококачествен 3D скенер може да увеличи. 950 nm инфрачервен светодиод задейства камерата. Някои от тях се основават на този принцип популярни модели ръчни 3D скенери. Можете да повторите процеса на изграждане със собствените си ръце. Предлагаме няколко варианта за избор.

Spinscan на Тони Бузър: основата на всички скенери

През 2011 г. геният на 3D принтирането Тони Бузер пуска на пазара Spinscan. Това е самоделен 3D скенер с отворен код, базиран на лазер и цифрова камера. По-късно MakerBot използва идеите на Spinscan, за да създаде Digitizer - скенер със затворен код.

FabScan

FabScan стартира като проект за дипломна работа и оттогава е приет от малка общност, която продължава да работи за подобряване на възможностите му. FabScan работи като много други лазерни скенери, но е подпомогнат от вграден корпус, който помага за изравняване на нивата на светлината, предотвратявайки изкривяването при сканиране.

VirtuCube

Алтернативен метод за лазерни скенери е скенерът със структурирана светлина. Използвайки пикопроектор вместо лазер, VirtuCube може лесно да бъде построен с няколко печатни части и основна електроника. Цялата система може да бъде поставена в картонена кутия, така че други източници на светлина да не предизвикват грешки при печат.

Вече са пуснати два интересни нови лазерни скенера с отворен код: BQ Cyclop и Murobo Atlas.

Система за лазерно сканиране на BQ

Испанската компания за потребителска електроника BQ обяви 3D скенера Cyclop на CES. Cyclop използва два лазерни нивелира, стандартна USB уебкамера и персонализиран контролер Arduino от BQ. BQ е написала собствено приложение за сканиране, наречено Horus. Въпреки че според докладите Cyclop все още не е наличен, BQ твърди, че ще бъде наличен по-късно тази година.

"Атлас" - разработен проект, който се нуждае от усъвършенстване

3D скенер с описание принципи на работа от Murobo в момента търси финансиране в Kickstarter. Подобно на Spinscan, Digitizer и Cyclop, Atlas използва лазерни линейни модули и уеб камера за сканиране на обект върху въртяща се платформа. Atlas замества Arduino Raspberry Pi, за да комбинира контрол и улавяне в едно устройство. Подобно на Cyclop, създателят на Atlas обещава, че той ще бъде проект с отворен код. Комплектите за 129 долара са продадени, но някои от тях остават на цени от 149 и 209 долара.

През 2019 г. компанията има за цел да пусне 3D скенер, вграден в смартфон, който не само ще показва видимостта на фона, но и ще конструира фокуса при заснемане на изображение. В Америка новостите от типа "направи си сам" са поразителни. Ако не знаете как да направите 3D скенер, използвайте незавършената версия "Атлас". Функционалността е доста разбираема, а разработчиците трябва само да флашнат устройството и да се уверят, че функциите, които искат да видят, работят в резултат на това.

CowTech Ciclop: нов модел многофункционално устройство

Цената достига 160 долара (в зависимост от това дали отпечатвате 3D части или не). Компанията е базирана в САЩ. Разделителна способност на готовото изображение до 0,5 мм. Максимален обем на сканиране: 200 × 200 × 205 мм. BQ е в основата на комплект 3D скенер за 3D принтер от типа "направи си сам. Можете да усъвършенствате модела, за да създадете четириизмерни изображения със собствените си ръце.

CowTech Engineering използва средствата, ръководени от BQ, за да придаде уникална стойност на модернизирания модел. Характеристики:

• преглед околна среда,
• заснемане на фона,
• обективът се показва в обърнат стил.

Вярна на движението с отворен код, Cowtech стартира кампания в Kickstarter, за да събере пари за пускане на производствена версия на оригинала - Ciclop CowTech. Екипът си постави високата цел да събере 10 000 долара, но бе посрещнат с изненада и радост, когато общността успя да събере 183 000 долара. Комплектът CowTech Ciclop "Направи си сам" за 3D скенер с камера и телефон.

И така, какви са разликите между версията на CowTech и версията BQ DIY?

CowTech Ciclop все още използва софтуера Horus 3D, тъй като той е фантастичен магазин за 3D сканиране на обекти. Разликите обаче се крият в малко по-различния дизайн, който екипът разработва за няколко дни, така че частите да могат да се отпечатват на всеки FDM 3D принтер.

Същите тези заготовки могат да се използват и за проектиране на устройства със собствените ви ръце. Техните 3D скенери и принтери имат само малък обем за изграждане, така че CowTech разработи части, които могат да бъдат отпечатани на всеки принтер с обем за изграждане 115 × 110 × 65 мм, какъвто имат почти всички 3D принтери.

Ciclop от CowTech:

• Има регулируеми лазерни държачи.
• CowTech DIY използва лазерно рязане на акрил.

BQ Ciclop:

• Моделите използват пръти с резба.
• Няма лазерно рязане на акрил.

В това няма нищо лошо и скенерите все още изглеждат доста сходни, но CowTech има за цел само да подобри съществуващия дизайн, а не да го реформира. CowTech продава готовия за сканиране Ciclop за 159 USD на своя уебсайт. Като цяло един чудесен евтин DIY 3D скенер, много ефективен за лазерно триангулационно 3D сканиране.

Ротационни машини и маси за създаване на скенери

1. Мобилният телефон е оборудван с 3D скенер с технология "Направи си сам": фотограметрия - технологична характеристика.
2. Цена: безплатно отпечатване за собствени нужди (въпреки че материалите ще струват около 30 USD).
3. Този 3D скенер със собствените ви ръце ще бъде доста лесен за изграждане. Дейв Кларк, производителят от Обединеното кралство, се е погрижил моделите да могат да се разглобяват още преди началото на продажбите. Частите ще отидат за изграждане на други скенери.

Това е така, защото се основава на фотограметрия, а не на лазерна триангулация, и е съвместим със смартфона ви! Можете да изтеглите файл за 3D печат, за да синхронизирате устройствата си.

Можете да си направите 3D скенер със собствените си ръце. Просто трябва да се доверите на създателите на DIY 3D. Едно просто устройство превръща вашия iPhone или Android в 3D скенер, като го свържете с този плейър. След това с помощта на слушалките и камерата на телефона се правят над 50 снимки на сканирания обект, докато той се върти на грамофона.

След като направите тези снимки, можете да ги качите в програма като Autodesk ReCap, за да превърнете снимките в пълен 3D файл.

Като цяло това е фантастичен творчески проект и чудесен 3D скенер "Направи си сам" за хора с ограничен бюджет.

3D скенер на Microsoft Kinect

Цената му е още по-ниска - само 99 USD (но вече не се продава, въпреки че Kinect V2 все още се предлага от Xbox One). Слоган на компанията: "DIY 3D скенер от "Kinect" и изненадайте приятелите си.

Въпреки че Microsoft отговори на търсенето, като създаде собствено приложение за 3D сканиране за скенера Kinect, има редица опции на трети страни, които може да са за предпочитане. Те включват:

• Skanect, произведен от Occupital, която продава и сензор за структура.
• ReconstructMe. Той предоставя набор от инструменти, които позволяват 3D сканиране за по-малко от 100 USD.

Резултатите не са фантастични, но за цената са доста приемливи. Доказано е, че тя отстъпва на традиционните възможности за протограметрия, особено при фини детайли, например при малки модели като зъби на акули. Все пак за начинаещите 3D скенери това е фантастичен продукт от начално ниво, особено след като вече имате такъв за Xbox 360.

Преди да създадете скенера си

Има много камери, които можете да използвате. Разбира се, за да разберете как сами да си направите 3D скенер от телефона си, трябва да изчислите какво ще ви е необходимо. Ако планирате да използвате Pi Scan за управление на фотоапаратите, трябва да използвате Canon PowerShot ELPH 160. Но ако използвате други настройки, ето някои често срещани препоръки за вашия избор фотоапарати:

1. Колко мегапиксела са ви необходими? Измерете елементите, които възнамерявате да сканирате. Стремете се към най-големия среден размер (не избирайте са най-големите емисии). Например, повечето учебници са с размери 22,86 × 27,94 cm. Сега умножете този размер на PPI (пиксели на сантиметър), които възнамерявате да заснемете. 300 е сигурният минимум, въпреки че няма да сгрешите, ако вземете повече. Така че в нашия пример - 9 × 300 = 2 700. 11 × 300 = 3300. Нуждаем се от изображение с размер най-малко 2700 × 3300 = 8 910 000 пиксела, или около 9 мегапиксела.
2. Какъв контрол ви е необходим? Ако сканирате само една книга или ако сканирате даден предмет само заради информационното му съдържание (за разлика от опитите да уловите действителния му вид), не са ви необходими много добри снимки. Ако осветлението или настройките на фотоапарата се променят от кадър на кадър, все пак ще получите качествени резултати.
3. Скорост на затвора - баланс на бялото бленда ISO.
4. Включване/изключване на светкавицата. Всяка персонализирана обработка на изображенията (изостряне, подобряване на цветовете и т.н.) може да се извърши по всяко време с фотоапарата. д.).
5. Фокус (в идеалния случай възможност за заключване на фокуса).
6. Компенсация на експозицията.
7. Увеличаване на изображението - повечето SLR фотоапарати позволяват този вид контрол; за компактните фотоапарати само фотоапаратите Canon Powershot, които поддържат CHDK. Те ви позволяват да контролирате всичко тези параметри.

Много зависи от бюджета. Скенерите се продават на същата цена като фотоапаратите. Ако искате да направите всичко сами, разполагате с ограничен бюджет. Търсене на достъпен сегмент от пазара на оптика и резервни части.

• Първото предизвикателство, с което се сблъсквате при изграждането на 3D лазерен скенер, е намирането на въртяща се платформа. Необходимо е само да се контролира с помощта на MatLab. Вместо да харчите много пари или време, можете да си купите стъпков двигател 28BYJ-48-5V с платка с модул за изпитване на драйвера ULN2003.
• След това залепете платформата към вала на стъпковия двигател и я поставете в гнездото в държача. Платформата трябва да е в една равнина с "мрамор", Но имайте предвид, че колкото по-евтин е той, толкова по-несъответстващи са диаметрите, което може да направи нещата дори.
• Ако разполагате с метод за получаване на точно завъртане, който може да се контролира в Mat Lab, настройте камерата на произволно разстояние и височина, както и лазерна линия вляво или вдясно от камерата и от въртящия се плот. Ъгълът на лазера трябва да е оптимален, за да покрие по-голямата част от въртящия се плот, но нищо не трябва да е точно, ще се справим с разликата в мащаба на модела в кода.
• Най- важна част за правилното функциониране е калибрирането на камерата. С помощта на инструментариума за компютърно зрение на MatLab можем да определим точното фокусно разстояние и оптичния център на камерата с точност до 0,14 пиксела.

Моля, имайте предвид, че промяната на разделителната способност на камерата ще промени стойностите в процеса на калибриране. Основните стойности, които търсим, са фокусното разстояние, измерено в пикселни единици, и пикселните координати на оптичния център на равнината на изображението.

Повечето евтини компактни фотоапарати нямат софтуерен интерфейс. Те могат да се управляват само ръчно или механично. Но екип от доброволци е разработил софтуер, който позволява дистанционно управление и конфигуриране на компактни фотоапарати Canon. Този софтуер се нарича CHDK.

• CHDK се зарежда на SD карта, която след това се поставя във фотоапарата.
• При стартиране на фотоапарата CHDK се стартира автоматично.
• Тъй като CHDK никога не прави постоянни промени във фотоапарата, винаги можете просто да извадите специалната CHDK SD карта за нормална работа с фотоапарата.

CHDK е важна предпоставка за изброените по-долу софтуерни контролери. Контролерите работят на PC или Raspberry Pi и комуникират със софтуера CHDK, който работи на камерите, чрез USB. При други видове евтини камери единствената възможност за управление е някакъв вид механично или ръчно задействане чрез инсталационен софтуер, както е показано по-горе.